Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Vérsi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan terbatas pikeun CSS. Kanggo pangalaman pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi mareuman modeu kasaluyuan dina Internet Explorer).
Manufaktur aditif ngarobah cara panalungtik jeung industrialis ngararancang jeung nyieun alat kimia pikeun minuhan kabutuhan husus maranéhanana. Dina karya ieu, urang ngalaporkeun conto mimiti réaktor aliran dibentuk ku téhnik laminasi lambaran logam solid-state Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM) jeung langsung terpadu bagian katalitik jeung sensing elements.Not ngan teu téhnologi UAM nungkulan ayeuna loba watesan produksi kimiawi, tapi ogé pakait jeung réaktorasi signifikan. ningkatkeun kamampuan alat-alat sapertos kitu. Runtuyan sanyawa 1,4-disubstitusi 1,2,3-triazole anu penting sacara biologis suksés disintésis sareng dioptimalkeun ku réaksi cycloaddition Huisgen 1,3-dipolar anu dimédiasi Cu ngagunakeun set-up kimia UAM. pikeun ngawaskeun réaksi sareng optimasi.
Alatan kaunggulan signifikan na leuwih tara bulk na, kimia aliran mangrupa widang penting jeung tumuwuh di duanana setelan akademis jeung industri alatan kamampuhna pikeun ngaronjatkeun selectivity jeung efisiensi sintésis kimiawi. Ieu manjangan ti formasi molekul organik basajan1 mun sanyawa farmasi2,3 jeung produk alam4,5,6. Langkung ti 50% réaksi dina industri kimia sareng farmasi anu saé tiasa nyandak kauntungan tina panggunaan pangolahan aliran kontinyu7.
Dina taun-taun ayeuna, aya tren ngembang tina grup anu hoyong ngagentos alat gelas atanapi aliran kimia tradisional sareng "pembuluh réaksi" kimia aditif anu tiasa disaluyukeun (AM) 8. Desain iteratif, produksi gancang, sareng kamampuan 3-dimensi (3D) tina téknik ieu mangpaat pikeun jalma anu hoyong ngaropea alat-alatna kana sakumpulan réaksi, tanggal, atanapi kaayaan anu khusus dumasar kana réaksi, tanggal, atanapi kaayaan anu khusus. Téhnik percetakan 3D sapertos stereolithography (SL) 9,10,11, modeling déposisi lebur (FDM) 8,12,13,14 sareng percetakan inkjet 7, 15, 16. Kurangna ketahanan sareng kamampuan alat sapertos ngalakukeun rupa-rupa réaksi / analisa kimia17, 18, 19 pikeun palaksanaan faktor AM ieu langkung ageung. widang17, 18, 19, 20 .
Alatan ngaronjatna pamakéan kimia aliran sarta sipat nguntungkeun pakait sareng AM, aya anu peryogi pikeun neuleuman téhnik leuwih canggih nu ngamungkinkeun pamaké pikeun fabricate pembuluh réaksi aliran kalawan ditingkatkeun kamampuhan kimiawi jeung analitik. Téhnik ieu kudu ngidinan pamaké pikeun milih ti rentang bahan kacida kuat atawa fungsional sanggup nanganan rupa-rupa kaayaan réaksi, bari ogé facilitating pikeun rupa-rupa bentuk réaksi jeung kontrol kaluaran alat.
Hiji prosés manufaktur aditif nu boga potensi pikeun ngembangkeun réaktor kimiawi custom nyaeta Ultrasonic Aditif Manufaktur (UAM) .Téknik laminasi lambar solid-state Ieu manglaku osilasi ultrasonic kana foils logam ipis guna gabung aranjeunna babarengan lapisan ku lapisan jeung pemanasan bulk minimal sarta gelar luhur aliran plastik 21, 22, 23 . Teu kawas paling téknologi AM subtractive a, langsung jadi terpadu. prosés, nu di-situ periodik kontrol numerik komputer (CNC) panggilingan atawa machining laser ngahartikeun bentuk net tina lapisan bahan kabeungkeut 24, 25. Ieu ngandung harti yén pamaké henteu diwatesan ku masalah pakait sareng nyoplokkeun residual bahan ngawangun atah tina saluran cairan leutik, nu mindeng kasus bubuk jeung cair AM systems26,27,28. Ieu ngandung harti yén pamaké ieu teu diwatesan ku masalah pakait sareng nyoplokkeun residual bahan ngawangun atah tina saluran cairan leutik, nu mindeng kasus bubuk jeung cair AM systems26,27,28. kombinasi bahan dissimilar dina prosés tunggal step.The pilihan kombinasi bahan saluareun prosés ngalembereh hartina tungtutan mékanis jeung kimia tina aplikasi husus bisa hadé met.In Sajaba beungkeutan kaayaan padet, fenomena sejen encountered salila beungkeutan ultrasonic nyaéta aliran tinggi bahan plastik dina suhu rélatif low29,30,31,32,33.This fitur unik tina UAM / lapisan embedded elemen termal bisa ngagampangkeun karuksakan mékanis tina lapisan logam / MUA. bisa ngagampangkeun pangiriman informasi real-time ti alat ka pamaké ngaliwatan analytics terpadu.
Karya tukang pangarang 32 nunjukkeun kamampuan prosés UAM pikeun nyiptakeun struktur mikrofluida 3D logam sareng kamampuan sensing terpadu. alat aktip nu teu ukur monitor tapi ogé induces sintésis kimiawi ngaliwatan bahan katalis terpadu structurally. Alat ngagabungkeun sababaraha kaunggulan pakait sareng téhnologi UAM dina 3D manufaktur alat kimiawi, kayaning: kamampuhan pikeun ngarobah desain 3D pinuh langsung ti model komputer-dibantuan design (CAD) kana produk; fabrikasi multi-bahan pikeun ngagabungkeun konduktivitas termal tinggi jeung bahan katalitik; jeung embedding sensor termal langsung antara aliran réagen pikeun ngawas suhu réaksi tepat jeung control.To demonstrate pungsionalitas reaktor nu, perpustakaan pharmaceutically penting 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole sanyawa ieu disintésis ku tambaga-katalisis Huisgen 1,3-dipolar cycloadditions karya komputer bisa muka bahan cycloaddition karya ieu. up kasempetan anyar jeung kemungkinan pikeun kimia ngaliwatan panalungtikan multidisciplinary.
Kabéh pangleyur jeung réagen anu dibeuli ti Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI atanapi Fischer Scientific sarta dipaké tanpa purification.1H na 13C NMR spéktra dirékam masing-masing dina 400 MHz jeung 100 MHz, dicandak maké JEOL ECS-400 400 MHz spéktrométer MHz 400 MHz atawa 400 MHz Avancemeter II spektrometer 400MHz atawa 400MHz NMR. (CD3) 2SO salaku pangleyur. Sadaya réaksi dilaksanakeun ngagunakeun platform kimia aliran Uniqsis FlowSyn.
UAM ieu dipaké pikeun fabricate sadaya alat dina study.The téhnologi ieu nimukeun di 1999, sarta detil teknis na, parameter operasi sarta kamajuan saprak penemuan na bisa diulik ngaliwatan bahan handap diterbitkeun34,35,36,37. Alat (Gambar 1) ieu dilaksanakeun ngagunakeun kakuatan ultra-tinggi, 9kW SonicLayer 4000® UAM, sistem bahan dipilih (OHFabrisonic ®, bahan USA). alat aliran éta Cu-110 sarta Al 6061.Cu-110 ngabogaan kandungan tambaga tinggi (minimal 99,9% tambaga), sahingga calon alus keur réaksi tambaga-katalyzed, sarta ku kituna dipaké salaku "lapisan aktif dina microreactor a. Al 6061 O dipaké salaku bahan "bulk", ogé Embedding lapisan komponén auxiliary dipaké pikeun analisis. Lapisan Cu-110. Al 6061 O mangrupikeun bahan anu parantos kabuktian cocog pisan sareng prosés UAM38, 39, 40, 41 sareng parantos diuji sareng kapanggih sacara kimia stabil sareng réagen anu dianggo dina karya ieu 1 di handap.
Tahap fabrikasi reaktor (1) Al 6061 substrat (2) Fabrikasi saluran handap disetel ka foil tambaga (3) Embedding of thermocouples antara lapisan (4) Top channel (5) Inlet jeung outlet (6) Monolithic reaktor.
Filosofi rarancang jalur cairan nyaéta ngagunakeun jalur convoluted pikeun ngaronjatkeun jarak cairan ngumbara dina chip, bari tetep chip dina ukuran manageable. Kanaékan jarak ieu desirable pikeun ngaronjatkeun waktu interaksi katalis / réagen jeung nyadiakeun yields.The produk unggulan chip ngagunakeun 90 ° bends di tungtung jalur lempeng pikeun ngainduksi ngagalura pergaulan jeung kanaékan cairan dina alat44. Pergaulan anu bisa dihontal, desain reaktor pitur dua inlets réagen digabungkeun dina Y-simpang saméméh ngasupkeun serpentine Pergaulan section.The inlet katilu, nu intersects stream satengahna ngaliwatan karésidénan na, kaasup dina rarancang sintésis réaksi multistep hareup.
Sadaya saluran ngagaduhan profil kuadrat (henteu aya sudut draf), hasil tina panggilingan CNC périodik anu dianggo pikeun nyiptakeun géométri saluran. Dimensi saluran dipilih pikeun mastikeun kaluaran volume anu luhur (pikeun mikroreaktor), sedengkeun cukup leutik pikeun ngagampangkeun interaksi permukaan (katalis) pikeun kalolobaan cairan anu dikandung. 750 µm jeung total volume reaktor éta 1 ml. Hiji konektor terpadu (1/4″-28 UNF thread) kaasup dina rarancang pikeun ngidinan interfacing basajan tina alat jeung parabot kimia aliran komérsial. Ukuran saluran diwatesan ku ketebalan tina bahan foil, sipat mékanis na, sarta parameter beungkeutan dipaké kalawan ultrasonics. Dina rubak husus pikeun bahan dibikeun, bahan bakal "sag" kana saluran dijieun. Ayeuna henteu aya modél khusus pikeun itungan ieu, janten lebar saluran maksimal pikeun bahan sareng desain anu ditangtukeun sacara ékspériméntal; dina hal ieu, rubak 750 μm moal ngabalukarkeun sag.
Bentuk (kuadrat) saluran ditangtukeun ku ngagunakeun cutter pasagi. Bentuk jeung ukuran saluran bisa dirobah ku mesin CNC ngagunakeun parabot motong béda pikeun ménta laju aliran béda jeung characteristic.Conto nyieun saluran bentuk melengkung ngagunakeun alat 125 μm bisa kapanggih dina karya Monaghan45.When lapisan foil ieu disimpen dina bahan overlay tina foilqua datar. finish.Dina karya ieu, guna ngajaga simétri saluran, outline pasagi dipaké.
Salila ngareureuhkeun pre-diprogram dina pabrik, panyilidikan suhu thermocouple (Tipe K) nu study langsung dina alat antara grup channel luhur jeung handap (Gambar 1 - Tahap 3). thermocouples ieu bisa ngawas parobahan suhu ti -200 nepi ka 1350 °C.
Prosés déposisi logam dipigawé ku tanduk UAM maké 25,4 mm lega, 150 micron logam kandel foil.Lapisan foil ieu kabeungkeut kana runtuyan strips padeukeut nutupan sakabéh aréa ngawangun; ukuran tina bahan disimpen leuwih badag batan produk ahir salaku prosés subtractive ngahasilkeun net final shape.CNC machining ieu dipaké pikeun mesin nu contours éksternal sarta internal pakakas, hasilna finish permukaan pakakas jeung saluran sarua jeung alat nu dipilih sarta parameter prosés CNC (kira 1.6 μm Ra dina conto ieu) .Continuous, kontinyu, kontinyu ultrasonic bahan déposisi jeung prosés machining diménsi anu dipaké pikeun ngajaga accuracy diménsi alat jeung mesin nu dipilih. bagian rengse bakal papanggih CNC finish panggilingan akurasi levels.The channel lebar dipaké pikeun alat ieu cukup leutik pikeun mastikeun yén bahan foil teu "sag" kana saluran cairan, jadi saluran ngajaga cross-section.Possible pasagi sela dina bahan foil jeung parameter prosés UAM anu ditangtukeun sacara ékspériméntal ku pasangan manufaktur (Fabrisonic LLC, AS).
Studi geus ditémbongkeun yén saeutik difusi unsur lumangsung dina panganteur beungkeutan UAM 46, 47 tanpa perlakuan termal tambahan, jadi pikeun alat dina karya ieu, lapisan Cu-110 tetep béda ti lapisan Al 6061 sarta robah abruptly.
Pasang régulator tekanan balik (BPR) 250 psi (1724 kPa) anu tos dikalibrasi ka outlet réaktor sareng ngompa cai ngaliwatan réaktor dina laju 0,1 dugi ka 1 ml mnt-1. Tekanan reaktor diawaskeun nganggo sensor tekanan sistem FlowSyn anu diwangun pikeun marios yén sistem tiasa ngajaga tekanan anu stabil dina suhu anu stabil. Bedana antara thermocouple anu dipasang dina reaktor sareng anu dipasang dina piring pemanasan chip FlowSyn. Ieu dihontal ku ngarobih suhu hotplate anu tiasa diprogram antara 100 sareng 150 °C dina paningkatan 25 °C sareng perhatikeun naon waé bédana antara suhu anu diprogram sareng dirékam. software.
Kaayaan réaksi cycloaddition fénilasetilena jeung iodoétana dioptimalkeun (Skéma 1- Sikloaddisi fénilasetilena jeung iodoétana Skéma 1- Sikloaddisi fénilasetilena jeung iodoétana). di 1:2.
Solusi misah natrium azida (0,25 M, 4: 1 DMF: H2O), iodoétana (0,25 M, DMF), jeung phenylacetylene (0,125 M, DMF) disiapkeun. bahan awal phenylacetylene jeung ditangtukeun ku kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC).Pikeun konsistensi analisis, sadaya réaksi disampel ngan sanggeus campuran réaksi ninggalkeun reaktor.The rentang parameter dipilih pikeun optimasi ditémbongkeun dina Table 2.
Sadaya sampel dianalisis ngagunakeun sistem Chromaster HPLC (VWR, PA, AS) diwangun ku pompa kuarterner, oven kolom, panjang gelombang variabel detektor UV jeung autosampler.Kolom éta hiji Equivalence 5 C18 (VWR, PA, AS), 4.6 × 100 mm dina ukuranana, ukuran partikel 5 µm µm, dijaga dina 40: 50 °C cai pangleyur: 50 °C cai. dina laju aliran 1.5 mL.min-1.Volume suntik éta 5 µL sarta panjang gelombang detektor éta 254 nm.The% aréa puncak pikeun sampel DOE diitung tina wewengkon puncak sésa alkuna jeung produk triazole wungkul.Injeksi bahan dimimitian ngamungkinkeun idéntifikasi puncak relevan.
Gandeng kaluaran analisis reaktor kana software MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Swédia) diwenangkeun analisis teleb tina tren hasil jeung tekad kaayaan réaksi optimal pikeun cycloaddition ieu. Ngajalankeun optimizer diwangun-di tur milih sagala istilah modél penting ngahasilkeun susunan kaayaan réaksi dirancang pikeun maksimalkeun pungsi aréa puncak produk bari ngurangan aréa puncak acetylene pikeun bahan awal acetylene.
Oksidasi tambaga permukaan dina chamber réaksi katalitik kahontal ngagunakeun leyuran hidrogén péroxida (36%) ngalir ngaliwatan chamber réaksi (laju aliran = 0.4 ml mnt-1, waktu tinggal = 2.5 mnt) saméméh sintésis unggal perpustakaan sanyawa triazole.
Sakali hiji set optimal kaayaan ieu dicirikeun, aranjeunna dilarapkeun ka sauntuyan asetilena jeung turunan haloalkana pikeun ngidinan kompilasi tina sintésis perpustakaan leutik, kukituna ngadegkeun kamampuhan pikeun nerapkeun kaayaan ieu ka rentang lega poténsi réagen (Gambar 1).2).
Nyiapkeun larutan misah natrium azida (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkana (0,25 M, DMF) jeung alkuna (0,125 M, DMF). tina étil asétat.Solusi sampel ieu dikumbah ku 3 × 10 ml cai.Lapisan cai anu digabungkeun jeung sasari jeung 10 ml étil asétat; lapisan organik lajeng digabungkeun, dikumbah jeung 3 x 10 ml brine, garing leuwih MgSO4 sarta disaring, lajeng pangleyur ieu dihapus dina vacuo.The sampel anu dimurnikeun ku kromatografi kolom on silika gél maké étil asétat saméméh analisis ku kombinasi HPLC, 1H NMR, 13C NMR jeung resolusi luhur spéktrométri massa).
Sadaya spéktra dicandak nganggo spéktrométer massa résolusi Thermofischer precision Orbitrap kalayan ESI salaku sumber ionisasi. Sampel sadayana disiapkeun nganggo acetonitrile salaku pangleyur.
Analisis TLC ieu dipigawé dina aluminium-dijieun silika plates.Pelat anu visualized ku sinar UV (254 nm) atawa staining vanillin jeung pemanasan.
Sadaya sampel dianalisis ngagunakeun sistem VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, UK) anu dilengkepan autosampler, pompa binér oven kolom sareng detektor panjang gelombang tunggal. Kolom anu dianggo nyaéta ACE Equivalence 5 C18 (150 × 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Skotlandia).
Injections (5 µL) dijieun langsung tina éncér campuran réaksi atah (1:10 éncér) jeung dianalisis ku cai: métanol (50:50 atawa 70:30), iwal sababaraha sampel ngagunakeun sistem pangleyur 70:30 (dilambangkeun salaku wilangan béntang) dina laju aliran 1,5 mL / mnt. The kolom 40 °Cptth panjang gelombang 40 nm.
% aréa puncak sampel diitung tina aréa puncak sésa alkuna, ngan produk triazole, sarta suntikan bahan awal diwenangkeun idéntifikasi tina puncak relevan.
Kabéh sampel anu dianalisis maké Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Sadaya standar calibration anu disiapkeun ngagunakeun 1000 ppm Cu leyuran baku dina 2% asam nitrat (SPEX Certi Prep) .Kabéh standar anu disiapkeun dina 5% DMF na 2% solusi HNO3, sarta sakabeh sampel anu diluted 20-melu DMF leyuran sampel.
UAM utilizes las logam ultrasonic salaku téknik beungkeutan pikeun bahan foil logam dipaké pikeun ngawangun assembly final.Las logam ultrasonik utilizes alat logam geter (disebut tanduk atawa tanduk ultrasonic) pikeun nerapkeun tekanan kana lapisan foil / lapisan konsolidasi saméméhna bisa kabeungkeut bari ngageter material.For operasi kontinyu, anu sonotrode tina bahan beungkeutan permukaan cylindrical. jeung Geter anu dilarapkeun, oksida dina beungeut bahan bisa crack.Continued tekanan sarta Geter bisa ngabalukarkeun asperities bahan ambruk 36 .kontak intim jeung panas sarta tekanan lokal ngainduksi lajeng ngabalukarkeun beungkeutan solid-state di interfaces bahan; eta oge bisa mantuan adhesion ngaliwatan parobahan dina énergi permukaan48.Sifat mékanisme beungkeutan overcomes loba masalah pakait sareng suhu ngalembereh variabel jeung suhu luhur sanggeus-épék disebutkeun dina techniques.This manufaktur aditif séjén ngamungkinkeun pikeun beungkeutan langsung (ie, tanpa modifikasi permukaan, fillers atawa elém) tina sababaraha lapisan bahan béda kana struktur konsolidasi tunggal.
Faktor nguntungkeun kadua pikeun UAM nyaéta tingkat luhur aliran plastik dititénan dina bahan logam, sanajan dina suhu low, nyaéta ogé handap titik lebur bahan logam. Kombinasi osilasi ultrasonic sarta tekanan induces tingkat luhur migrasi wates sisikian lokal sarta recrystallization tanpa kanaékan suhu badag tradisional pakait sareng bulk materials.During konstruksi komponén logam exploi aktif ieu bisa lumangsung antara exploi embedted jeung fenomena passives. foil, lapisan ku lapisan.Unsur kayaning serat optik 49, tulangan 46, éléktronika 50, sarta thermocouples (karya ieu) geus kabeh geus hasil study kana struktur UAM pikeun nyieun rakitan komposit aktif jeung pasip.
Dina karya ieu, duanana beungkeutan bahan béda jeung kamungkinan interkalasi UAM geus dipaké pikeun nyieun microreactor ngawas suhu katalitik pamungkas.
Dibandingkeun sareng palladium (Pd) sareng katalis logam anu biasa dianggo, katalisis Cu gaduh sababaraha kaunggulan: (i) Sacara ékonomis, Cu langkung murah tibatan seueur logam sanés anu dianggo dina katalisis sahingga janten pilihan anu pikaresepeun pikeun industri pangolahan kimia (ii) Kisaran réaksi kopling silang anu dikatalisis Cu naék sareng katingalina rada pelengkap,25ologiesd13 (25ologiesd. Réaksi anu dikatalisis Cu tiasa dianggo saé upami henteu aya ligan anu sanés, ligan ieu sering sacara struktural sederhana sareng murah upami hoyong, sedengkeun anu dianggo dina kimia Pd sering rumit, mahal, sareng sénsitip hawa (iv) Cu, khususna dipikanyaho pikeun kamampuanna pikeun ngabeungkeut alkuna dina sintésis, Contona, bimetallic-catalyzed coadditioning andogas cycloadditioning and cyclochemicals. (v)Cu ogé bisa ngamajukeun arilasi sababaraha nukléofil dina réaksi tipe Ullmann.
Conto hétérogénisasi sadaya réaksi ieu nembe parantos nunjukkeun ayana Cu(0) .Ieu sakitu legana alatan industri farmasi sarta fokus tumuwuh dina recovery katalis logam jeung reuse55,56.
Dipelopori ku Huisgen dina taun 1960-an57, réaksi sikloadisi 1,3-dipolar antara asetilena jeung azida ka 1,2,3-triazole dianggap réaksi demonstrasi sinergis. Hasilna 1,2,3 bagian triazol téh dipikaresep hususna salaku pharmacophore dina rupa-rupa panemuan agén8 sarta pamakéan biologis maranéhanana.
Réaksi ieu jadi fokus deui nalika Sharpless jeung nu lianna ngawanohkeun konsép "kimia klik" 59. Istilah "kimia klik" dipaké pikeun ngajelaskeun susunan mantap, dipercaya jeung selektif réaksi pikeun sintésis gancang sanyawa anyar jeung perpustakaan combinatorial via heteroatom linkage (CXC)60 Daya tarik sintétik réaksi ieu batang tina pakait jeung kaayaan cai, résistansi tinggi na oksigén maranéhanana nyaéta basajan, résistansi jeung oksigén. basajan61.
The Huisgen 1,3-dipole cycloaddition klasik teu kagolong kana kategori "kimia klik". Tapi, Medal na Sharpless nunjukkeun yén acara gandeng azida-alkuna ieu ngalaman 107 nepi ka 108 ku ayana Cu(I) dibandingkeun jeung uncatalyzed 1,3-dipolar cycloaddition laju réaksi acceleration 62,63 réaksi signifikan. teu merlukeun ngajaga grup atawa kaayaan réaksi kasar jeung ngahasilkeun deukeut konversi lengkep jeung selectivity ka 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazole) dina skala waktu (Gambar 3).
Hasil isometrik tina Sikloadisi Huisgen anu dikatalisis konvensional sareng tambaga.Cu(I) -Katalisis Sikloadisi Huisgen ngan ukur ngahasilkeun 1,4-disubstitusi 1,2,3-triazoles, sedengkeun sikloadisi Huisgen anu diinduksi termal biasana ngahasilkeun 1,5-triazoles. stereoisomer tina azoles.
Paling protokol ngalibetkeun réduksi tina stabil Cu (II) sumber, kayaning ngurangan CuSO4 atawa Cu (II) / Cu (0) spésiés ko-kombinasi jeung uyah natrium. Dibandingkeun jeung réaksi logam-katalis séjén, pamakéan Cu (I) boga kaunggulan utama keur murah tur gampang pikeun nanganan.
Studi labél kinétik sareng isotop ku Worrell et al. 65 némbongkeun yén, dina kasus alkuna terminal, dua equivalents tambaga anu kalibet dina ngaktipkeun réaktivitas unggal molekul arah azide.Mekanisme nu diusulkeun proceeds ngaliwatan cingcin logam tambaga genep anggota dibentuk ku koordinasi azide ka σ-kabeungkeut acetylide tambaga jeung π-kabeungkeut tambaga salaku cingcin derivatif ligandl.Tria stable. shrinkage, dituturkeun ku dékomposisi proton nyadiakeun produk triazole jeung nutup siklus katalitik.
Sedengkeun mangpaat alat kimia aliran anu documented ogé, geus aya kahayang pikeun ngahijikeun parabot analitik kana sistem ieu pikeun in-line, in-situ, prosés monitoring66,67.UAM kabuktian metoda cocog pikeun ngarancang jeung ngahasilkeun réaktor aliran 3D kacida kompléks dijieunna tina catalytically aktip, bahan conductive thermally kalawan langsung embedded sensing elemen4 (Figured sensing elemen).
Reaktor aliran aluminium-tambaga fabricated ku manufaktur aditif ultrasonic (UAM) kalawan struktur channel internal kompléks, thermocouples study jeung réaksi katalitik chamber.To visualize jalur cairan internal, prototipe transparan fabricated maké stereolithography ogé ditémbongkeun.
Pikeun mastikeun réaktor dijieun pikeun réaksi organik nu bakal datang, pangleyur kudu dipanaskeun aman luhureun titik golak; aranjeunna tekanan sarta suhu tested.The test tekanan némbongkeun yén sistem mertahankeun tekanan stabil sarta konstan sanajan kalawan tekanan sistem ngaronjat (1,7 MPa).The test hydrostatic ieu dipigawé dina suhu kamar ngagunakeun H2O salaku cairan.
Nyambungkeun thermocouple embedded (Gambar 1) ka logger data suhu némbongkeun yén thermocouple éta 6 °C (± 1 °C) cooler ti suhu diprogram dina FlowSyn system.Typically, paningkatan 10 °C dina suhu ngakibatkeun duka kali tina laju réaksi, jadi bédana suhu ngan sababaraha derajat bisa nyata ngarobah suhu awak alatan leungitna suhu luhur. diffusivity tina bahan dipaké dina prosés manufaktur.The drift termal ieu konsisten sahingga bisa accounted pikeun di setup parabot pikeun mastikeun hawa akurat anu ngahontal sarta diukur salila reaction.Therefore, alat ngawaskeun online ieu facilitates kontrol ketat suhu réaksi jeung facilitates optimasi prosés leuwih akurat tur ngembangkeun kondisi optimal.Sensor ieu ogé bisa dipaké pikeun ngaidentipikasi exotherms réaksi jeung nyegah réaksi runaway badag-.
Réaktor anu dipidangkeun dina karya ieu mangrupikeun conto munggaran ngeunaan aplikasi téknologi UAM pikeun fabrikasi réaktor kimia sareng ngarengsekeun sababaraha watesan utama anu ayeuna aya hubunganana sareng percetakan AM / 3D alat-alat ieu, sapertos: (i) ngatasi masalah anu Dilaporkeun anu aya hubunganana sareng pamrosésan tambaga atanapi alumunium (ii) résolusi saluran internal anu ningkat dibandingkeun sareng teknik peleburan bubuk bed (PBF), sareng metode peleburan ranjang (PBF) selektif 5. texture26 permukaan (iii) Ngurangan suhu processing, nu facilitates langsung beungkeutan sensor, nu teu mungkin dina téhnologi ranjang bubuk, (v) overcomes sipat mékanis goréng jeung sensitipitas komponén dumasar-polimér komponén kana rupa-rupa solvents17,19 organik umum.
Pungsi reaktor ieu nunjukkeun ku runtuyan tambaga-katalisis alkuna azide cycloaddition réaksi dina kaayaan aliran kontinyu (Gbr. 2). The ultrasonic-dicitak réaktor tambaga wincikan dina Gambar 4 ieu terpadu kalayan sistem aliran komérsial sarta dipaké pikeun nyintésis azides perpustakaan rupa-rupa 1,4-disubstituted 1,4-disubstitusi réaksi 3-trisolén, 3-trisolén, sarta suhu. gugus alkil halida ku ayana natrium klorida (Gambar 3). Pamakéan pendekatan aliran kontinyu mitigates masalah kaamanan nu bisa timbul dina prosés bets, sabab réaksi ieu ngahasilkeun perantara azide kacida réaktif jeung picilakaeun [317], [318]. Mimitina, réaksi ieu dioptimalkeun pikeun cycloaddition of phenylacetanethylene na phenylacetanetylene of phenylacetanethylene. fenilasetilena jeung iodoétana) (tingali Gambar 5).
(Kénca luhur) Skéma tina setup dipaké pikeun ngasupkeun reaktor 3DP kana sistem aliran (katuhu luhur) diala dina skéma dioptimalkeun (handap) skéma Huisgen cycloaddition 57 antara phenylacetylene na iodoethane pikeun optimasi sarta némbongkeun parameter dioptimalkeun laju konversi réaksi.
Ku ngadalikeun waktu tinggal sahiji réagen dina bagian katalitik tina reaktor jeung raket mantau suhu réaksi jeung usik thermocouple langsung terpadu, kaayaan réaksi bisa dioptimalkeun gancang tur akurat kalawan waktu minimal jeung bahan consumption.It gancang ditangtukeun yén conversions pangluhurna dicandak nalika waktu tinggal 15 menit sarta suhu réaksi 150 °C bisa ditempo ti koefisien tina software, éta duanana MODE, F. waktos tinggal jeung suhu réaksi dianggap istilah modél penting.Ngajalankeun optimizer diwangun-di ngagunakeun ieu istilah dipilih dibangkitkeun susunan kaayaan réaksi dirancang pikeun maksimalkeun pungsi wewengkon puncak produk bari ngurangan mimiti bahan wewengkon puncak.Ieu optimasi yielded a 53% konversi produk triazole, nu raket loyog jeung prediksi model 54%.
Dumasar kana literatur anu nunjukkeun yén tambaga(I) oksida (Cu2O) tiasa janten spésiés katalitik anu épéktip dina permukaan tambaga nol-valén dina réaksi ieu, kamampuan pikeun ngaoksidasi sateuacana permukaan réaktor sateuacan ngalaksanakeun réaksi dina aliran ditalungtik 70,71. Réaksi antara fénilasetilena sareng iodoétana dilaksanakeun deui dina kaayaan anu optimal. kanaékan signifikan dina konversi bahan dimimitian, nu diitung janten> 99%. Tapi, monitoring ku HPLC némbongkeun yén konvérsi ieu nyata ngurangan waktu réaksi kaleuleuwihan berkepanjangan nepi ka kurang leuwih 90 menit, whereupon aktivitas mucunghul mun level kaluar sarta ngahontal "kaayaan ajeg". Observasi ieu nunjukkeun yén sumber aktivitas katalitik dimeunangkeun tina suhu oksida tambaga permukaan nol. ngabentuk CuO jeung Cu2O nu lain lapisan pelindung diri. Ieu ngaleungitkeun kabutuhan pikeun nambahkeun sumber tambaga(II) bantu pikeun ko-komposisi71.